通信原理总复习.ppt

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1、通信原理总复习第5章 数字信号的频带传输系统 所谓调制是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带信号的规律变化，从而携带信息。数字调制是用数字基带信号去改变正弦载波的幅度、频率或相位中的某个参数，产生出相应的数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制三种基本形式。数字调制系统的基本结构如图所示：由于数字基带信号具有离散取值的特点，因而数字调制在实现的过程中常采用键控的方法。从几个具有不同参量的独立振荡源中选择参量，由此产生的三种基本调制方式分别称为振幅键控（Amplitude-Shift Keying,ASK）、移频键控（Frequency-Shift Keying，FSK）和移相键

2、控（Phase-Shift Keying，PSK）或差分移相键控（Differential Phase-Shift Keying，DPSK）.在数字调制中，数字基带信号可以是二进制的，也可以是多进制的，对应地就有二进制数字调制与多进制调制。基基带带信号信号载波载波2ASK信信号号1、波形图波形图 二进制移频键控（2FSK）就是控制正弦载波频率使之随二进制基带信号在f1和f2两个频率上变化。（A）非相干检测法非相干检测法（B）相干检测法相干检测法 二进制移相键控（2PSK）是用二进制数字信号控制载波的相位使之离散变化，如图所示：通信系统的抗噪声性能是指系统克服加性噪声影响的能力。在数字通信系统中

3、，衡量系统抗噪声性能的重要指标是误码率，因此，分析二进制数字调制系统的抗噪声性能，实际上是讨论在信道等效加性白噪声的干扰下系统的总误码率。在以下的抗噪声分析中，均假设：信道特性为恒参信道，在接收信号的频带范围内具有理想低通的传输特性，噪声为等效加性高斯白噪声，其均值为零，方差为n22 2、2DPSK2DPSK信号相干解调系统性能信号相干解调系统性能信号相干解调系统性能信号相干解调系统性能只只考虑码反考虑码反变换所造成变换所造成的误码率的误码率 该解调方式是先对2DPSK信号进行相干解调（极性比较），恢复出相对码，然后通过码反变换将相对码转换成绝对码。如前所述，码反变换器输出码元是输入两相邻码元

4、的模2和，即如图所示：二进制数字调制系统的误码率公式一览表 由表可见，以同类型的数字调制系统来比较（表中的横向比较），相干方式略优于非相干方式。以不同类型的数字调制方式来比较（表中的纵向比较），在误码率Pe一定的情况下，2ASK，2FSK，2PSK（或2DPSK）系统所需的接收端输出信噪比关系为r2ASK=2r2FSK=4r2PSK(或4r2DPSK)当三者均采用非相干解调时，在Pe相同的条件下，所需的信噪比2ASK是2FSK的2倍，是2PSK的4倍。当信噪比r一定时，2PSK（或2DPSK）系统的误码率低于2FSK系统，2FSK系统的误码率低于2ASK系统。结论：在抗加性高斯噪声方面相干2P

5、SK或2DPSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。例5-4-1 设某2ASK系统中，二进制数字信号的码元速率RB=4.8106波特，发送“1”码和“0”码等概率，接收端分别采用相干解调法和包络检波法对该2ASK信号进行解调，已知接收端输入信号的幅度a=1mV，信道噪声的单边功率谱n0=210-15W/Hz。求：（1）包络检波法解调时系统的误码率；（2）相干解调法解调时系统的误码率。例5-4-2 已知2FSK信号的两个频率f1=2025Hz，f2=2225Hz，码元速率fs=RB=300波特，信道有效带宽为3000Hz，信道输出端的信噪比为6dB。求：（1）2FSK信号的传输带宽；（2）包络

6、检波时的误码率；（3）相干解调时的误码率。第6章 模拟信号的数字传输 实质：模拟信号源可以是数字通信系统中的信号源方法：首先要把模拟信号通过信源编码变成数字信号，即经过抽样、量化、编码使之变成数字信号再进行传输；在接收端将收到的数字信号进行数/模变换，还原成模拟信号。常用的A/D方法有波形编码和参量编码两大类：波形编码：对统计特性分析后的信号波形进行编码。如PCM编码，它具有较高的信号重建质量。参量编码：直接提取信号的特征参量，对这些参量进行编码，它的特点是编码后的数据速率降低了，但与波形编码相比，质量要差。或者说：抽样时间或者说：抽样时间1、抽样定理描述：设、抽样定理描述：设 的频带的频带

7、，若以频率，若以频率 的速率对它进行抽样的速率对它进行抽样，则，则 能由抽样值完全确定。能由抽样值完全确定。带通均匀抽样定理带通均匀抽样定理：一个带通信号：一个带通信号m(t)，其频率限制在其频率限制在fL与与fH之间，带宽为之间，带宽为B=fH-fL，如果最小抽样速率如果最小抽样速率fs=2fH/m，m是一个不超过是一个不超过fH/B的最大整数，那么的最大整数，那么m(t)可完全由其抽样值确定。下面分两种情况加以说明。可完全由其抽样值确定。下面分两种情况加以说明。1）fH=nB：此时此时fH/B=n是整数，是整数，m=n，所以抽样速率所以抽样速率fs=2fH/m=2B2）fH=nB+kB,0

8、k1：最小抽样频率为最小抽样频率为n是小于是小于 的的 最大整数最大整数其中：其中：例：试求载波60路超群信号（312552kHz）的抽样频率。解：B=fH-fL=552-312=240(kHz)n=int(fH/B)=int(552/240)=2 k=(fH-nB)/B=(552-2402)/240=0.3 则：fs=2B(1+k/n)=2240(1+0.3/2)=552(kHz)如果该60路超群信号按低通型抽样定理求解抽样频率，则为：fs2fH=1104(kHz)显然，带通型抽样频率优于低通型。6.3.1 脉冲调制 载波调制就是按基带信号的变化规律去改变载波某些参数的过程。脉冲序列作为载波

9、的调制方法称为脉冲调制，它是用基带信号去改变脉冲的某些参数。按基带信号改变脉冲参数（幅度、宽度、时间位置）的不同，把脉冲调制分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）和脉位调制（PPM）等。6.5.2 PCM通信系统框图1、编码器原理 编码器的种类大体上可以归结为三种：逐次比较法、折叠级联法、混合法。（1）编码码型选择 常用的二进制码型有自然二进码和折叠二进码两种。其中07的8个量化间隔，对应于负极性的样值脉冲；815的8个量化间隔，对应于正极性的样值脉冲。折叠二进制码的特点：1、对于双极性信号（话音信号通常如此），可用最高位表示信号的正、负极性，而用其余的码去表示信号的绝对值，即只要正负极性

10、信号的绝对值相同，则可进行相同的编码，因此可以大大简化编码的过程。2、在传输过程中若出现误码，对小信号影响较小。在编码中用折叠二进码比用自然二进码优越。（2）编码位数的选择 在输入信号变化范围一定时，一方面，码位数越多，量化分层越细，量化噪声就越小，通信质量当然就更好；但另一方面，码位数越多，总的传输码率增加，将会增加传输系统带宽，从而使设备变得复杂。（3）码位的安排 在逐次比较法编码方式中，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。2、A律13折线编译码（1）编码原理（1）（2）如何编码：）如何编码：极性码极性码:样值为正样值为正,编为编为1；样值为负；样值为负,编为编为0极性码极性码段内码

11、段内码段落码段落码段内码：段落码：（2）编码器组成 编码器的任务就是要根据输入的样值脉冲编出相应的8位二进制代码，除第一位C1极性码外，其他7位二进制代码是通过逐次比较确定的。逐次比较法编码器的原理框图如图所示，它由整流器、保持电路、比较器及本地译码电路组成。整流器用来判别输入样值脉冲的极性，编出第一位码C1（极性码）。比较器通过样值电流IS和标准电流IW进行比较，从而对输入信号抽样值实现非线性量化和编码。每比较一次输出一位二进制代码，且当ISIW时，输出“1”码；反之输出“0”码。本地译码电路包括记忆电路、7/11变换电路和恒流源。记忆电路用来寄存二进制代码；7/11变换电路实质就是完成非线

12、性和线性之间的变换；恒流源用来产生各种标准电流值。例例：设设输输入入信信号号抽抽样样值值Is=+1260（为为一一个个量量化化单单位位，表表示示输输入入信信号号归归一一化化值值的的1/2048），采采用用逐逐位位比比较较法法编编码器码器,按按A律律13折线编成折线编成8位码位码C1C2C3C4C5C6C7C8。解解 ：（1）确定极性码）确定极性码C1：由于输入信号抽样值由于输入信号抽样值Is为正，故为正，故极性码极性码C1=1。（2）确定段落码确定段落码C2C3C4：C2是用来表示输入信号抽样值是用来表示输入信号抽样值Is处于处于13折线折线8个段个段落中的前四段还是后四段，故确定落中的前四段

13、还是后四段，故确定C2的标准电流应选的标准电流应选为为 IW=128 第一次比较结果为第一次比较结果为IsIW，故故C2=1，说明说明Is处于后处于后四段（四段（58段）。段）。C3是是用用来来进进一一步步确确定定Is处处于于56段段还还是是78段段，故故确确定定C3的标准电流应选为的标准电流应选为 IW=512第二次比较结果为第二次比较结果为IsIW，故故C3=1，说明说明Is处于处于78段。段。同理，同理，确定确定C4的标准电流应选为的标准电流应选为 IW=1024第三次比较结果为第三次比较结果为IsIW，所以所以C4=1，说明说明Is处于第处于第8段。段。经经过过以以上上三三次次比比较较

14、得得段段落落码码C2C3C4为为“111”，Is处处于第于第8段，起始电平为段，起始电平为1024。（3）确定段内码确定段内码C5C6C7C8：第第 8 段段的的 16 个个量量化化间间隔隔均均为为8=64，故故确确定定C5的的标标准电流（取中间）应选为准电流（取中间）应选为 IW=段落起始电平段落起始电平+8(量化间隔量化间隔)=1024+864=1536 第第四四次次比比较较结结果果为为IsIW，故故C5=0，可可知知Is处处于于前前 8 级级（07量化间隔）。量化间隔）。同理，确定同理，确定C6的标准电流的标准电流 IW=1024+464=1280 第第五五次次比比较较结结果果为为Is

15、1，n表示总表示总码字的长度，码字的长度，k表示信息位的个数，表示信息位的个数，N就是寄存器的个就是寄存器的个数，通常将数，通常将N称为约束长度（以组为单位），由于卷积称为约束长度（以组为单位），由于卷积码编码过程中互相关联的码元个数为码编码过程中互相关联的码元个数为nN，所以有的书所以有的书也将也将nN作为约束长度（以比特为单位）。（作为约束长度（以比特为单位）。（n，k，N）卷积码的编码效率为卷积码的编码效率为R=k/n。2、卷积码编码器的框图、卷积码编码器的框图 卷积码编码器的一般结构形式如图所示：卷积码的描述方法有两类：图解法和解析表示。图解法包括树状图、状态图、网格图。解析法包括矩阵形式、生成多项式。（3，1，3）卷积码编码器如图所示：3、卷积码的表示方法 例：输入序列为1011，其中a表示M1M2=00，b表示M1M2=01，c表示M1M2=10，d表示M1M2=11(1)树状图（2）网格图：）网格图：（3，1，3）卷积码的网格图）卷积码的网格图（3）状态图：）状态图：（3，1，3）卷积码的状态图）卷积码的状态图